一种充电桩及充电系统

摘要

本发明实施例提供了一种充电桩及充电系统，解决了由于自动充电机器人在停靠位置的具体姿态与规定姿态存在角度偏差，从而导致充电电极与受电电极接触不良的问题。该充电桩，包括：充电单元，以及依次电连接的测距单元、处理器和伸缩单元，其中，测距单元固设于充电单元上，充电单元固设于伸缩单元的前端，充电单元上背离伸缩单元的表面伸出两个充电电极，所述充电电极可以自主朝向受力方向摆动。

权利要求

1.一种充电桩，其特征在于，包括：充电单元，以及依次电连接的测距单元、处理器和伸缩单元，其中，测距单元固设于充电单元上，充电单元固设于伸缩单元的前端，充电单元上背离伸缩单元的表面伸出两个充电电极，所述充电电极可以自主朝向受力方向摆动。

2.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，对应每一个充电电极设置活动组件、连接组件和牵引组件，其中，活动组件，包括滑动连接的固定部和转动部，转动部套接充电电极中部的一段，连接组件设置于转动部和充电电极之间，用于二者在充电电极周向上的限位和充电电极轴向上的可伸缩限位，充电电极的一端固设牵引组件，用于牵引充电电极回到原始位置。

3.如权利要求2所述的充电桩，其特征在于，充电电极包括导电接触面和与之刚性连接的导杆，所述转动部套接导杆中部的一段，所述牵引组件固设于导杆上与导电接触面相对的一端。

4.如权利要求3所述的充电桩，其特征在于，所述活动组件实施为关节轴承，相应地，固定部为关节轴承外圈，转动部为关节轴承内圈。

5.如权利要求4所述的充电桩，其特征在于，所述连接组件包括压缩弹簧、杆套和螺帽，其中，杆套套接导杆位于关节轴承内圈中的一段，一端分别与关节轴承内圈端面和导杆侧壁上的环形凸起卡接，另一端与螺帽螺纹固定，压缩弹簧套接在杆套内的导杆上，一端抵靠导杆侧壁上的环形凸起，另一端抵靠螺帽端面上的环形垫片。

6.如权利要求4所述的充电桩，其特征在于，所述牵引组件实施为至少两个沿导杆径向拉伸，沿导杆周向上均匀排布的拉伸弹簧，所有拉伸弹簧共平面。

7.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述测距单元和两个充电电极设置在充电单元的同一平面上。

8.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述伸缩单元包括伸缩电机和与之电连接的伸缩杆。

9.一种充电系统，包括权利要求1-9中任一所述的充电桩。

10.如权利要求10所述的充电系统，其特征在于，进一步包括与充电桩通信连接的自动充电机器人。

说明书

一种充电桩及充电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及自动充电装置技术领域，具体涉及一种充电桩及充电系统。

背景技术

[0002] 随着自主导航技术的飞速发展，移动自动充电机器人在自主定位运行方面取得了前所未有的突破，并且备受关注，其定位精度不断被刷新。然而，就目前的技术水平而言，虽然移动自动充电机器人的定位精度可以满足我们的常规需求，但，其在停靠位置的具体姿态往往与规定姿态之间存在一定角度偏差，这种角度偏差在不同的应用场合将会带来不同的现实问题。

[0003] 例如，图1所示为现有技术中自动充电机器人的充电过程示意图。图2所示为图1中A区的放大图。如图1所示，在自动充电机器人1进行自主充电时，为了确保充电过程稳定可靠，应当使自动充电机器人1以规定姿态进行充电，即自动充电机器人1通过自主定位在最终停靠位置处其上的受电电极应当与充电桩2上的充电电极正向对接，并紧密贴合，如图2所示，此时受电电极和充电电极之间的距离理论上为零。然而，由于现有技术中的自动充电机器人1，在停靠位置的具体姿态往往与规定姿态存在某一方向上的角度偏差，例如水平方向上的10°偏差，这样就会导致自动充电机器人1上的受电电极与充电桩2上的充电电极不能完全实现正向对接，使得两个接触面上某些对应点可以紧密贴合，而有些对应点则出现虚接，造成接触不良，在充电电压不变的情况下，使得电阻变大，电流变小，充电时间变长，此时受电电极和充电电极之间的实时距离值将略微大于零。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种充电桩及充电系统，解决了由于自动充电机器人在停靠位置的具体姿态与规定姿态存在角度偏差，从而导致充电电极与受电电极接触不良的问题。

[0005] 本发明提供了一种充电桩，包括：充电单元，以及依次电连接的测距单元、处理器和伸缩单元，其中，测距单元固设于充电单元上，充电单元固设于伸缩单元的前端，充电单元上背离伸缩单元的表面伸出两个充电电极，所述充电电极可以自主朝向受力方向摆动。

[0006] 本发明还提供了一种充电系统，包括上述充电桩。

[0007] 根据本发明提供的充电桩及充电系统，处理器通过对测距单元检测到的实时距离值的数据处理结果，控制伸缩单元伸出一定距离，实现对充电电极在水平平面上的位置调整；同时利用充电电极受力后的自适应摆动实现对充电电极在竖直平面的角度调整。位置调整和角度调整同步进行，相互配合，实现了充电电极和受电电极的紧密贴合，解决了自动充电机器人停靠位置与规定姿态存在角度偏差情况下，充电电极和受电电极接触不良的问题。

附图说明

[0008] 图1所示为现有技术中自动充电机器人的充电过程示意图。

[0009] 图2所示为图1中A区的放大图。

[0010] 图3所示为本发明一实施例提供的充电桩的侧面结构示意图。

[0011] 图4为图3所示充电桩中B区的立体结构示意图。

[0012] 图5所示为本发明一实施例提供的充电单元的截面结构示意图。

[0013] 图6为图5所示充电单元的后视图。

[0014] 图7所示为本发明一实施例提供的充电系统的结构框图。

具体实施方式

[0015] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0016] 图3所示为本发明一实施例提供的充电桩2的侧面结构示意图。图4为图3所示充电桩中B区的立体结构示意图。从图3中可以看出，该充电桩2，包括充电单元20、伸缩单元30、测距单元40和处理器50，其中，测距单元40、处理器50、伸缩单元30依次电连接(图中未示出)，伸缩单元30与充电单元20固定连接。具体地，如图3和图4所示，

[0017] 伸缩单元30通过固定座固定在充电桩2上，包括伸缩电机301和受伸缩电机驱动的伸缩杆302，伸缩杆302的前端固定连接有充电单元20。

[0018] 充电单元20大致呈矩形，在其上背离伸缩单元30的表面上伸出两个上、下平行设置的充电电极21，对于两个充电电极21的排布方式这里给出的只是示例性的，也可以左、右平行布置或其他形式，充电电极21可以自主朝向受力方向摆动。

[0019] 测距单元40固设在充电单元20上、与充电电极21共平面，例如图示的设置在充电电极21的正上方。本领域技术人员可以理解，本实施例中给出的测距单元40的位置只是示例性的，其实际上可以设置在充电单元20上的任意位置，此时只需要适应性更改预先存储在处理器50中的距离阈值(详见下文充电桩2的工作过程)。该测距单元40可以是激光测距、红外线测距、超声波测距中的任一种。

[0020] 根据本实施方式的充电桩2的工作过程包括：预先，在自动充电机器人1以规定姿态停靠，其上的受电电极与充电桩2上的充电电极紧密贴合情况下，利用测距单元40检测当前其前方障碍物距离值，并将该距离值作为距离阈值，存储到处理器50中。

[0021] 利用测距单元40检测前方自动充电机器人1的实时距离值；当连续几个检测周期内检测到的实时距离值相等时，说明自动充电机器人1已停靠并等待充电，测距单元40便将该实时距离值上传给处理器50；处理器50将该实时距离值与距离阈值进行比较，此时分为两种情况：

[0022] 一、如果该实时距离值大于距离阈值，说明自动充电机器人1的停靠位置与规定姿态存在角度偏差，此时处理器50便发出指令启动伸缩单元30中的伸缩电机301，在伸缩电机301的动力作用下伸缩杆302缓慢前伸；由于自动充电机器人1的受电电极是固定不动的，随着伸缩杆302带动充电单元20缓慢前伸，充电电极21施加给自动充电机器人1的受电电极一个逐渐增大的推力，同时充电电极21必定会受到一个与该推力对应的反向推力，这种情况下，充电电极21会依靠自身的结构特点，朝向受力方向摆动；这样，通过控制充电电极21前伸与自身摆动相结合，使得充电电极21与受电电极之间的角度偏差逐渐缩小，直到测距单元40检测到的实时距离值与距离阈值相等时，充电电极21与受电电极实现紧密贴合，处理器50发出电源开启指令，开始充电。

[0023] 二、如果该实时距离值等于距离阈值，说明自动充电机器人1以规定姿态停靠，此时不需要充电桩2进行自身调整，处理器50发出电源开启指令，开始充电。

[0024] 根据本实施方式的充电桩2，处理器50通过对测距单元40检测到的实时距离值的数据处理结果，控制伸缩单元30伸出一定距离，实现对充电电极21在水平平面上的位置调整；同时利用充电电极21受力后的自适应摆动实现对充电电极21在竖直平面的角度调整。位置调整和角度调整同步进行，相互配合，实现了充电电极21和受电电极的紧密贴合，解决了自动充电机器人1停靠位置与规定姿态存在角度偏差情况下，充电电极21和受电电极接触不良的问题。

[0025] 图5所示为本发明一实施例提供的充电单元20的截面结构示意图。图6为图5所示充电单元20的后视图。结合图5和图6可以看出，充电单元20包括外部框架，外部框架包括平行设置的基板220和后壳230，基板220上开设上、下平行设置的两个通孔，与每一个通孔同轴固定有活动组件22，活动组件22包括滑动连接的固定部和转动部，转动部套接充电电极21中部的一段，连接组件24设置于转动部和充电电极21之间，用于二者在充电电极21周向上的限位和充电电极21轴向上的可伸缩限位，充电电极21上位于外部框架内部、基板220和后壳230之间的一端固设有牵引组件23，用于牵引充电电极21回到原始位置。具体地，[0026] 充电电极21包括导电接触面211和与之固定连接的导杆212，导电接触面211实施为圆形片状结构，该圆形片状导电接触面211的一个表面的中央设置有一个导电突出部，用于接入电流。本领域技术人员可以理解，该导电接触面211的形状也可以是矩形、三角形或其他。导杆212内部导电，外表面设置有绝缘层，其包括伸出充电单元20外部框架的连接端和位于外部框架之内的牵引端，连接端设置有与充电电极21的导电突出部相配合的凹孔，当将充电电极211的导电突出部插入到导杆212连接端的凹孔时，可以同时实现二者的相对固定和电性连接。

[0027] 这样，当导杆212的牵引端接通电源时，例如，如图4所示导杆212的牵引端也包括和连接端相同的凹孔，在该凹孔中插入与导电接触面211的导电突出部相同的已通电的导电端子，就可以将该已通电的导电端子中的电流通过导杆212、导电接触面211传递出去，从而实现为自动充电机器人1充电。

[0028] 活动组件22实施为关节轴承222，相应地，固定部为关节轴承222外圈，转动部为关节轴承222内圈。

[0029] 连接组件包括螺帽224，压缩弹簧225，以及杆套223。杆套223为一圆管，包括限位端和螺纹端，螺帽224一端的端面周向上设置有内置的环形垫片，垫片中央通孔的内径小于螺帽224另一端的内径，而大于或等于导杆212牵引端的外径。

[0030] 杆套223套接导杆212位于关节轴承222内圈中的一段，杆套223的限位端的内、外壁上分别包括环形突起，导杆212侧壁上与杆套223的限位端处于同一截面的位置也设置有环形凸起，该环形凸起的高度与杆套的限位端的内壁上的环形突起的高度相等，这样，杆套223的限位端的内、外壁上的环形突起分别卡在导杆212的环形凸起和关节轴承222内圈的端面上；螺帽224套接导杆212，螺帽224上设有环形垫板的一端靠近导杆212的牵引端，螺帽
224与杆套223的螺纹端固定。这样，杆套223和螺帽224之间的配合关系，可以实现对导杆
212周向上的限位，使得导杆212可以在竖直面内与关节轴承222内圈同步摆动。

[0031] 压缩弹簧225套接导杆212位于杆套223内的一段，压缩弹簧225的两端分别抵靠导杆212上的环形凸起和螺帽224上的环形垫板。从而实现对导杆212轴向上的可伸缩限位，使得导杆212可以在水平方向上的一段距离内前后伸缩。

[0032] 导杆212上背离导电接触面的一端周向上均匀分布四个固定点，每个固定点连接一个拉伸弹簧231的一端，每一个拉伸弹簧231的另一端与后壳230铰接，拉伸弹簧231沿导杆212径向拉伸。这样，一方面，可以避免充电电极21受到受电电极的反向推力时，导电接触面211被瞬间推开，而不能与受电电极贴合；另一方面，可以在充电完成后，自动将充电电极21拉回到原来的位置。本领域技术人员可以理解，拉伸弹簧231也可以包括两个、三个、五个或六个，这里不作限定。

[0033] 图7所示为本发明一实施例提供的充电系统的结构框图。从图中可以看出，该充电系统，包括通信连接的上述充电桩2和自动充电机器人1。此时，充电桩2进一步包括与处理器50数据连接的第一通信单元60，自动充电机器人1上设有第二通信单元10、导航装置11和受电电极12，该受电电极12与充电桩2上的充电电极21等高。

[0034] 根据本实施方式提供的充电系统的工作过程包括：

[0035] 首先，不妨设自动充电机器人1以规定姿态与充电桩2上的充电电极21对接时，测距单元40检测到的距离值为10厘米，将该距离值10厘米作为距离阈值预先存储到处理器50中。

[0036] 当自动充电机器人1检测到自身电量不足时，便通过导航装置11自主运行到待充电位置，然后通过第二通信单元10发出充电请求；充电桩200上的第一通信单元60接收该充电请求，并将该充电请求转发给处理器50，处理器50向检测单元40发出启动指令，随后充电桩200开始执行如图1所示的充电桩的工作过程。

[0037] 当自动充电机器人100检测到自身已充电完成时，便通过第二通信单元10发出停止充电请求，充电桩200上的第一通信单元60接收该停止充电请求，并将该停止充电请求转发给处理器50，处理器50对该停止充电请求进行数据处理后，发送指令给伸缩电机，控制伸缩电机反转，带动伸缩杆缩回到原来的位置。

[0038] 至此完成一次充电过程。

[0039] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。